Dfb半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装结构及其方法
【专利摘要】本发明涉及一种光纤通信领域的封装结构，尤其涉及基于扩束光纤的DFB半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装结构，其包括制冷器TEC、焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉、扩束光纤、压块、V型槽；所述扩束光纤由压块和V型槽固定住；所述V型槽、焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉均固定在制冷器TEC上；所述扩束光纤由普通单模光纤制作，对光纤一端进行扩束处理，纤芯直径过渡为30-50um，将光纤端面处理为一定曲率的球面，使得光纤的数值孔径NA为0.4-0.5，与单个激光器芯片的数值孔径NA匹配。该结构效率高，可操作性好，可对分布反馈激光器阵列发出的每一条激光的耦合精度都比较高。
【专利说明】DFB半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装结构及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光纤通信领域的封装结构，尤其涉及基于扩束光纤的DFB半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装结构及其方法。
【背景技术】
[0002]在WDM (波分复用)光纤通信中，通常采用半导体激光器作为光源。而单个的半导体激光器波长固定，不能满足WDM光纤通信中对多波长激光光源的要求。为获得多波长的激光光源，光纤阵列耦合是一种有效的方法。该方法是使阵列中的每个半导体激光器芯片与相同数目的光纤阵列一一耦合，再在光纤束出射端进行集束。而如何实现激光与直径125 μ m的光纤对准耦合，则是耦合封装方法中存在的难点和重点。目前对准过程使用的硬件主要有六维精密微调架，光功率计等。对准方法是，将激光器阵列芯片与光纤分别固定在六维精密微调架上，调整微调架，使得光功率计测得的光纤的接收功率最大，即认为激光发射器与光纤实现了对准耦合。
[0003]分布反馈(Distributed_Feedback,DFB)激光器,不仅经光纤稱合后可以提供高功率的激光，而且DFB激光器在激光腔中提供内建波长选择机构，对波长的选择使其成为密集波分复用(DWDM)系统中不可替代的光源。而DWDM技术是充分利用光纤带宽，扩大光纤通信容量的重要技术。因此使得分布反馈激光器成为大容量，长距离光纤通信中的主要光源。
[0004]针对激光器的光纤耦合封装问题，一种耦合装配方法被提出，参见中国申请号:200910304001.4,名称:一种二极管抽运固体激光器光纤稱合方法。该方法在激光器与光纤间放置一复合镜，该复合镜为平凸透镜，平面端用作谐振腔的输出镜，镀有激光波长的反射膜平面端镀膜；凸面端镀有激光波长的的增透膜凸面端镀膜，对透射光汇聚，复合镜的凸面端光连接耦合光纤；使得激光器的输出光束汇聚后的焦斑小于光纤纤芯，发散角小于光纤的两倍数值孔径。在实际的操作中，需要在精密仪器上调节复合镜和耦合光纤，使得激光与光纤耦合的最好，输出的激光功率最大。
[0005]申请号200810016816.8,名称:一种半导体激光器在光纤稱合中的固定方法。该发明是用穿过挤压块的螺钉来调节挤压块的位置，挤压块与散热块接触，散热块又与激光器接触，这样就可以通过调整螺钉来调节激光器的位置，来实现与装在光纤套中的光纤的耦合。
[0006]申请(专利)号:02142109.9，名称:半导体激光器V形槽固定光纤同轴器件。该发明用干法刻蚀或者湿法刻蚀的微机械加工技术加工V形槽，使得该V形槽对准标记的中心线，然后使半导体激光器的波导和解理面与对准标记的相应标志对齐，并通过烧焊技术焊接在平板电极上。再将加工成头部为圆锥形的光纤用固化胶固定在V形槽内，以实现激光器与光纤的耦合。该方法中的半导体激光器在烧焊后，由于热胀冷缩，难免会偏离对准位置。用刻蚀的方法加工V形槽耗时，且需要对光纤进行加工，因此该方法整体上效率不高。
[0007]申请号:201210246489.1，名称:分布反馈激光器阵列的光纤耦合封装方法。该发明该方法对分布反馈激光器阵列所发出的每一条激光进行单独测定，单独定位，根据测得的各条激光的空间轨迹分别原位加工出定位V型槽作为定位基准，在定位V型槽内安置尾纤以接收激光的分布反馈激光器阵列的光纤耦合封装方法。该方法的难点在于测量每个芯片发出的激光的空间位置并将其反馈给机床加工V槽，精度要求非常高。
[0008]在激光器光纤耦合封装过程中，现有的技术方法主要存在以下不足:在使用六维精密微调架，实现激光与光纤耦合对准时，由于不存在装配基准，因此效率低下，可操作性差；主要是针对单个激光器的封装，对激光器阵列的封装比较少；激光器与光纤对准后再固定，存在由于固定引起的激光的微小偏移，这种微小的偏移对于μ m级的光纤来说，其误差是不可忽视的，降低了耦合精度。
【发明内容】
[0009]本发明的目的之一在于提出一种效率高，可操作性好的，可对分布反馈激光器阵列发出的每一条激光的耦合精度都比较高的封装结构。
[0010]为实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案如下:DFB半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装结构，其不同之处在于:其包括制冷器TEC、焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉、扩束光纤、压块、V型槽；所述扩束光纤由压块和V型槽一起固定住；所述V型槽、焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉均固定在制冷器TEC上；所述扩束光纤由普通单模光纤制作，对光纤一端进行扩束处理，纤芯直径过渡为30-50um，将光纤端面处理为一定曲率的球面，使得光纤的数值孔径NA为0.4-0.5，与单个激光器芯片的数值孔径NA匹配。
[0011]优选的，所述V型槽采用精密加工而成，其槽间物理间距与激光器阵列芯片的物理间距一致，间距公差为±0.0005mm。
[0012]优选的，所述扩束光纤为单模光纤扩束、多模光纤与各类特种光纤等。
[0013]本发明的目的之二在于提出一种效率高，可操作性好的，可对分布反馈激光器阵列发出的每一条激光的耦合精度都比较高的封装方法。
[0014]为实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案如下:DFB半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装方法，其包括以下步骤:
步骤I):将扩束单模光纤放置在V型槽中，并用压块压紧固定；
步骤2):将焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉固定到制冷器上并打金线引出芯片的正负电极；
步骤3):给激光器芯片通电使之发光，使用六维调节架调节V型槽与激光器芯片位置使得每根光纤输出光功率尽量最大；
步骤4):固定V型槽。
[0015]本发明的优点如下:
1)、与现有技术相比，本发明的核心是对光纤进行了扩束处理，这样光纤的容差变大，克服了由于V型槽尺寸精度不够导致的垂直方向和水平方向的偏差，可以实现每根光纤都有很大的耦合效率；
2)、将光纤扩束端处理为一定曲率的球状透镜，提高了数值孔径，可以使光纤与激光器芯片的数值孔径NA相匹配，从而提高每根光纤的耦合效率；
3)、V型槽的槽间距与激光器芯片物理间距一致，此方案有很大的扩充潜力。可以进行更多通道的耦合，提高芯片数量和槽的数量即可。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例封装结构示意图；
图2为本发明实施例封装结构示意图；
其中，1-TEC制冷器；2_焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉；3_光纤；4_压块；5-V型槽。
【具体实施方式】
[0017]如图1-图2，本发明具体实施例DFB半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装结构，其包括制冷器(TEC)、焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉、扩束光纤、压块、V型槽；所述扩束光纤由压块和V型槽固定住；所述V型槽、焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉均固定在制冷器(TEC)上；所述扩束光纤由普通单模光纤制作，对光纤一端进行扩束处理，纤芯直径过渡为30-50um，将光纤端面处理为一定曲率的球面，使得光纤的数值孔径NA为0.4-0.5，与单个激光器芯片的数值孔径NA匹配。
[0018]优选的，所述V型槽采用精密加工而成，其槽间物理间距与激光器阵列芯片的物理间距一致，间距公差为±0.0005mm。
[0019]优选的，所述扩束光纤为单模光纤扩束、多模光纤与各类特种光纤等。
[0020]一种DFB半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装方法，其包括以下步骤:
步骤I):将扩束单模光纤3放置在V型槽5中，并用压块4压紧固定；
步骤2):将焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉2固定到TEC制冷器I上并打金线引出芯片的正负电极；
步骤3):给激光器芯片通电使之发光，使用六维调节架调节V型槽5与激光器芯片位置使得每根光纤3输出光功率尽量最大；
步骤4):固定V型槽5。
[0021]以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关【技术领域】的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.DFB半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装结构，其包括制冷器(TEC)、焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉、扩束光纤、压块、V型槽；所述扩束光纤由压块和V型槽固定住；所述V型槽、焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉均固定在制冷器(TEC)上；其特征在于:所述扩束光纤由普通单模光纤制作，对光纤一端进行扩束处理，纤芯直径过渡为30-50um，将光纤端面处理为一定曲率的球面，使得光纤的数值孔径NA为0.4-0.5，与单个激光器芯片的数值孔径NA匹配。
2.根据权利要求1所述的DFB半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装结构，其特征在于:所述V型槽采用精密加工而成，其槽间物理间距与激光器阵列芯片的物理间距一致，间距公差为±0.0005mm。
3.根据权利要求1所述的DFB半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装结构，其特征在于:所述扩束光纤为单模光纤扩束、多模光纤与各类特种光纤等。
4.一种根据权利要求1或2或3的DFB半导体激光器阵列芯片的光纤耦合封装结构，其包括以下步骤: 步骤I):将扩束单模光纤放置在V型槽中，并用压块压紧固定； 步骤2):将焊接好激光器阵列芯片的过渡热沉固定到制冷器上并打金线引出芯片的正负电极； 步骤3):给激光器芯片通电使之发光，使用六维调节架调节V型槽与激光器芯片位置使得每根光纤输出光功率尽量最大； 步骤4):固定V型槽。
【文档编号】G02B6/43GK103487902SQ201310496897
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】郑光辉, 栾佳, 孔轩 申请人:武汉六九传感科技有限公司